Entre fantasme, réalité et physique quantique, les ordinateurs quantiques agitent les chercheurs du monde entier. Les géants des technologies comme IBM, Google et Intel se sont lancés dans une course effrénée au développement de ces ordinateurs et même les gouvernements, notamment la NSA, s’intéressent de très près à ce sujet.

Pour comprendre ce qu’est un ordinateur quantique et appréhender les enjeux liés à cette technologie, il convient déjà de comprendre les rudiments de ce qu’est un ordinateur conventionnel.
Un ordinateur est une machine qui sert à faire des calculs. La puissance de calcul d’un ordinateur se mesure en «bits» : plus petite quantité d’information possible qui se matérialise sous la forme de 0 ou bien de 1 générés par les transistors présents dans nos ordinateurs. Mis bout à bout, ces suites de 0 et de 1 permettent à nos machines de faire fonctionner nos logiciels. Pour avoir un ordre d’idée, la puissance de calcul des supercalculateurs entre 1993 et 2015 a ainsi été multipliée par 1,5 million.

Arrivant aux limites de ce qui est possible en termes de miniaturisation de transistors, la puissance de calcul des ordinateurs conventionnels arrivent à leur point culminant.

A la différence d’un ordinateur classique, les ordinateurs quantiques utilisent des bits quantiques appelés «qubits» qui suivent les lois de la physique quantique. L’information n’est donc plus générée par un courant électrique mais au niveau microscopique par des opérations sur des électrons, photons, ions ou noyaux atomiques. Ainsi et contrairement aux bits qui ne peuvent prendre que deux valeurs, les qubits peuvent prendre n’importe quelle combinaison de ces deux valeurs et peuvent alors avoir une infinité de positions (en somme un peu de 0 et un peu de 1), c’est ce qu’on appelle la superposition quantique et c’est tout l’intérêt de ces ordinateurs. Néanmoins, l’information contenue par un qubit n’est pas bien déterminée, étant donné qu’elle peut être toutes les combinaisons à la fois, on peut donc simplement connaitre la probabilité qu’une combinaison apparaisse mais lorsqu’on tente de mesurer la quantité exacte de 0 et de 1 contenue par le qubit, les propriétés quantiques du qubit disparaissent et l’on « fige » le résultat sur la valeur observée, on appelle ça la décohérence quantique.

C’est exactement le même principe énoncé dans l’expérience du Chat de Schrödinger .

Il a été démontré qu’un tel ordinateur pourrait en théorie effectuer simultanément toutes les opérations correspondant à toutes les valeurs possibles que pourraient prendre ces qubits. Un tel ordinateur serait alors plus puissant que n’importe lequel de nos supercalculateurs actuels. On comprend alors aisément l’engouement autour de ce sujet…

Il faut en revanche bien comprendre que ces ordinateurs ne sont pas juste des ordinateurs allant plus vite que ceux que nous connaissons actuellement. C’est un genre nouveau d’ordinateurs qui fonctionnent d’une manière radicalement différente. En ce sens, il faut totalement repenser notre manière de concevoir les logiciels actuels pour les rendre fonctionnels sur ces derniers. De plus, les usages auxquels ils sont destinés sont bien spécifiques de par la propriété de superposition quantique qu’ils utilisent, pas de révolution à attendre du côté des logiciels de traitement de textes ou bien dans le monde du jeu vidéo donc. Enfin il faut ajouter à cela qu’il est actuellement très difficile de créer un ordinateur quantique totalement fonctionnel et stable. L’un des problèmes étant que les conditions de fonctionnement et de stabilité de l’état quantique de ces derniers sont extrêmement contraignantes mais les avancées sont régulières et prometteuses.

En juillet dernier le groupe français Atos annonçait un simulateur quantique capable de simuler un ordinateur quantique de 40 qubits (à destination notamment des universités et des laboratoires). L’objectif étant d’inciter ces derniers à développer des logiciels adaptés aux ordinateurs quantiques.

IBM, également dans la course à l’ordinateur quantique, annonçait en novembre dernier avoir développé un prototype de processeur quantique de 50 qubits ainsi qu’un simulateur quantique de 20 qubit accessible par le cloud. Parmi les 12 heureux élus pouvant accéder à ce cloud on retrouve notamment JP Morgan, le MIT, Daimler ou encore Samsung.

La recherche, la santé, la finance ou encore la cryptographie sont des champs d’application qui pourraient être bouleversés par ces ordinateurs et l’accès à cette technologie devient de moins en moins anecdotique. Dans le domaine de la santé ils pourraient permettre des avancées dans l’étude du génome humain, le développement de nouveaux médicaments ou bien la construction de structures moléculaires qui sont pour le moment hors de portée. En finance, les équipes de JP Morgan réfléchissent déjà aux applications possibles quant à l’étude de comportements boursiers, à l’optimisation des portefeuilles ou encore à l’analyse des risques.

Une autre tâche dans laquelle les ordinateurs quantiques excellent est la décomposition de grands nombres en facteurs premiers. La cryptographie repose actuellement en grande partie sur ce principe pour sécuriser les données sur le net que cela soit pour sécuriser les transactions bancaires jusqu’à l’envoie d’e-mail (codage RSA), les ordinateurs actuels étant trop lents pour espérer « cracker » ces codes. Or, un algorithme quantique a vu le jour pour effectuer cette tâche et il est bien plus rapide que n’importe quel algorithme actuel, c’est l’algorithme de Shor. On imagine ainsi aisément le bouleversement si une telle application quantique était déployée, rendant obsolète le codage RSA ou bien d’autres technologies actuellement sécurisées comme la blockchain. Néanmoins on pourrait tout aussi bien s’attendre à ce que la théorie quantique conduise au développement d’une cryptographie quantique.

Enfin, les perspectives de la combinaison de cette technologie avec d’autres technologies émergentes, grandes consommatrices de puissance de calcul, comme l’intelligence artificielle, le machine learning ou bien la blockchain font tourner la tête. Le développement ainsi que le perfectionnement de ces dernières pourraient être grandement accélérés, le spectre des possibles en la matière élargi, et ce, tout en réduisant grandement les erreurs. Entre autre exemple, le développement des voitures intelligentes et autonomes pourrait connaitre un essor extraordinaire et des activités comme le minage de crypto-monnaies comme le Bitcoin ou l’Ethereum grandement dopées avec le développement d’outils quantiques adéquats.

Difficile de ne pas être rêveur et impatient lorsqu’il s’agit d’ordinateur quantique. Mais une fois le tournis passé, il apparait nécessaire d’anticiper ce grands bouleversement qui relève de moins en moins du domaine de l’onirique. Quelle réglementation autour de l’utilisation d’une telle technologie, doit-on limiter son champ d’application, comment anticiper la suprématie qu’une entité ou qu’un Etat possèderait sur ses pairs s’il arrivait à trouver des usages pertinents à l’ordinateur quantique, comment y parer… sont autant de questions auxquelles il faut d’ores et déjà réfléchir.

C’est donc avec un sentiment d’impatience mêlé d’appréhension que l’on attend que cette technologie soit totalement opérationnelle.

François Gastel consultant du cabinet ADWAY

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